Warum bildet sich Kondenswasser in meinem CO2-Inkubator?
Wenn wir verwendenCO2-InkubatorFür die Kultivierung von Zellen benötigen wir aufgrund der unterschiedlichen Menge an zugegebener Flüssigkeit und des Kulturzyklus unterschiedliche Anforderungen an die relative Luftfeuchtigkeit im Inkubator.
Bei Experimenten mit 96-Well-Zellkulturplatten und einem langen Kulturzyklus besteht aufgrund der geringen Flüssigkeitsmenge pro Well die Gefahr, dass die Kulturlösung austrocknet, wenn sie über einen längeren Zeitraum bei 37 °C verdunstet.
Eine höhere relative Luftfeuchtigkeit im Inkubator, beispielsweise über 90 %, kann die Verdunstung von Flüssigkeiten wirksam reduzieren. Allerdings ist ein neues Problem aufgetreten: Viele Zellkulturexperimentatoren haben festgestellt, dass sich im Inkubator unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit leicht Kondenswasser bildet. Wenn die Kondenswasserbildung unkontrolliert ist, sammelt sich immer mehr Kondenswasser an, was ein gewisses Risiko einer bakteriellen Infektion für die Zellkultur mit sich bringt.
Entsteht die Kondenswasserbildung im Inkubator also durch eine zu hohe relative Luftfeuchtigkeit?
Zunächst müssen wir das Konzept der relativen Luftfeuchtigkeit verstehen.relative Luftfeuchtigkeit (Relative Luftfeuchtigkeit, RH)ist der tatsächliche Wasserdampfgehalt der Luft und der prozentuale Wasserdampfgehalt bei Sättigung und gleicher Temperatur. Ausgedrückt in der Formel:
.png)
Der Prozentsatz der relativen Luftfeuchtigkeit stellt das Verhältnis des Wasserdampfgehalts in der Luft zum maximal möglichen Gehalt dar.
Speziell:
* 0 % relative Luftfeuchtigkeit:Es ist kein Wasserdampf in der Luft.
* 100 % relative Luftfeuchtigkeit:Die Luft ist mit Wasserdampf gesättigt und kann keinen weiteren Wasserdampf aufnehmen, es kommt zur Kondensation.
* 50 % relative Luftfeuchtigkeit:Dies bedeutet, dass die aktuelle Menge an Wasserdampf in der Luft der Hälfte der Menge an Sättigungsdampf bei dieser Temperatur entspricht. Bei einer Temperatur von 37 °C beträgt der Sättigungsdampfdruck etwa 6,27 kPa. Demnach beträgt der Wasserdampfdruck bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit etwa 3,135 kPa.
Sättigungsdampfdruckist der Druck, der durch den Dampf in der Gasphase erzeugt wird, wenn flüssiges Wasser und sein Dampf sich bei einer bestimmten Temperatur im dynamischen Gleichgewicht befinden.
Genauer gesagt: Wenn Wasserdampf und flüssiges Wasser in einem geschlossenen System koexistieren (z. B. einem gut geschlossenen Radobio CO2-Inkubator), werden Wassermoleküle im Laufe der Zeit weiterhin vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen (Verdunstung), während gleichzeitig gasförmige Wassermoleküle weiterhin in den flüssigen Zustand übergehen (Kondensation).
Ab einem bestimmten Punkt sind Verdunstungs- und Kondensationsrate gleich, und der Dampfdruck an diesem Punkt entspricht dem Sättigungsdampfdruck von Wasser. Er ist gekennzeichnet durch
1. Dynamisches Gleichgewicht:Wenn Wasser und Wasserdampf in einem geschlossenen System koexistieren, stellen sich Verdunstung und Kondensation ein, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Dann ändert sich der Druck des Wasserdampfs im System nicht mehr; in diesem Moment entspricht der Druck dem Sättigungsdampfdruck.
2. Temperaturabhängigkeit:Der Sättigungsdampfdruck von Wasser ändert sich mit der Temperatur. Steigt die Temperatur, erhöht sich die kinetische Energie der Wassermoleküle, wodurch mehr Wassermoleküle in die Gasphase übergehen und der Sättigungsdampfdruck steigt. Umgekehrt sinkt der Sättigungsdampfdruck bei sinkender Temperatur.
3. Eigenschaften:Der Sättigungswasserdruck ist eine rein materialspezifische Größe und hängt nicht von der Flüssigkeitsmenge, sondern nur von der Temperatur ab.
Eine häufig verwendete Formel zur Berechnung des Sättigungsdampfdrucks von Wasser ist die Antoine-Gleichung:
Für Wasser hat die Antoine-Konstante je nach Temperaturbereich unterschiedliche Werte. Ein üblicher Satz von Konstanten lautet:
* A=8,07131
* B=1730,63
* C=233,426
Dieser Satz von Konstanten gilt für den Temperaturbereich von 1°C bis 100°C.
Mithilfe dieser Konstanten können wir berechnen, dass der Sättigungsdruck von Wasser bei 37°C 6,27 kPa beträgt.
Wie viel Wasser befindet sich also bei 37 Grad Celsius (°C) in der Luft im Zustand gesättigten Wasserdampfdrucks?
Zur Berechnung des Massengehalts an gesättigtem Wasserdampf (absolute Feuchte) kann die Clausius-Clapeyron-Gleichung verwendet werden:
Sättigungsdampfdruck von Wasser: Bei 37°C beträgt der Sättigungsdampfdruck von Wasser 6,27 kPa.
Umrechnung der Temperatur in Kelvin: T = 37 + 273,15 = 310,15 K
Einsetzen in die Formel:
.png)
Das berechnete Ergebnis beträgt etwa 44,6 g/m³.
Bei 37 °C beträgt der Wasserdampfgehalt (absolute Luftfeuchtigkeit) bei Sättigung etwa 44,6 g/m³. Das bedeutet, dass jeder Kubikmeter Luft 44,6 Gramm Wasserdampf aufnehmen kann.
Ein 180-Liter-CO2-Inkubator kann nur etwa 8 Gramm Wasserdampf aufnehmen.Wenn sowohl die Befeuchtungswanne als auch die Kulturgefäße mit Flüssigkeiten gefüllt sind, kann die relative Luftfeuchtigkeit leicht hohe Werte erreichen, die sogar nahe an die Sättigungswerte heranreichen.
Wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100 % erreicht,Der Wasserdampf beginnt zu kondensieren. An diesem Punkt erreicht die Wasserdampfmenge in der Luft den maximalen Wert, den sie bei der aktuellen Temperatur aufnehmen kann, d. h. Sättigung. Weitere Zunahmen des Wasserdampfgehalts oder weitere Temperaturabnahmen führen dazu, dass der Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert.
Kondensation kann auch auftreten, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 95 % übersteigt.Dies hängt jedoch von weiteren Faktoren wie der Temperatur, dem Wasserdampfgehalt der Luft und der Oberflächentemperatur ab. Diese Einflussfaktoren sind folgende:
1. Temperaturabnahme:Wenn die Luftfeuchtigkeit nahezu gesättigt ist, kann bereits eine geringe Temperaturabsenkung oder eine Erhöhung des Wasserdampfgehalts zur Kondensation führen. Beispielsweise können Temperaturschwankungen im Inkubator Kondensatbildung begünstigen; ein stabilerer Temperaturkoeffizient im Inkubator hemmt daher die Kondensatbildung.
2. Lokale Oberflächentemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur:Wenn die lokale Oberflächentemperatur niedriger ist als die Taupunkttemperatur, kondensiert der Wasserdampf an diesen Oberflächen zu Wassertropfen. Daher ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Inkubator bei der Verhinderung der Kondensation von Vorteil.
3. Erhöhter Wasserdampfgehalt:Beispielsweise können sich in Befeuchtungsschalen und Kulturbehältern mit einer großen Menge Flüssigkeit sowie bei besser abgedichtetem Inkubator Kondenswasser bilden, wenn die Menge an Wasserdampf in der Luft im Inneren des Inkubators bei der aktuellen Temperatur über die maximale Kapazität hinaus ansteigt, selbst wenn die Temperatur unverändert bleibt.
Ein CO2-Inkubator mit guter Temperaturregelung hat daher offensichtlich eine hemmende Wirkung auf die Kondensatbildung, aber wenn die relative Luftfeuchtigkeit 95 % übersteigt oder gar Sättigung erreicht, steigt die Wahrscheinlichkeit der Kondensation deutlich an.Deshalb sollten wir bei der Kultivierung von Zellen neben der Auswahl eines guten CO2-Inkubators auch versuchen, das Risiko der Kondensation durch das Streben nach hoher Luftfeuchtigkeit zu vermeiden.
Veröffentlichungsdatum: 23. Juli 2024